1、第一章 电化学分析导论,第一节 电化学分析法 概 述,一、电化学分析的特点与学习方法 characteristics and learning method of electrochemical analysis 二、电化学分析法的类别 classification of electrochemical analytical methods 三、电化学分析的应用领域 application field of electrochemical analysis 四、发展历史与展望 五、电分析化学奠基人,an introduction to electro-chemical analysis,gen
2、eralization of electro-chemical analysis,01:29:50,一、 电化学分析的特点,1. 什么是电化学分析应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质电化学性质来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析或电分析化学。,2. 电化学分析法的重要特征（1）直接通过测定电流、电位、电导、电量等物理量， 在溶液中有电流或无电流流动的情况下，来研究、确定参与反应的化学物质的量。,（2）依据测定电参数分别命名各种电化学分析方法：如电位、电导分析法；（3）依据应用方式不同可分为：直接法和间接法。,characteristics and learning method o
3、f electrochemical analysis,01:29:50,3. 电化学分析法的特点,（1）灵敏度、准确度高，选择性好被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。 （2）电化学仪器装置较为简单，操作方便直接得到电信号，易传递，尤其适合于化工生产中的自动控制和在线分析。 （3）应用广泛传统电化学分析：无机离子的分析； 测定有机化合物也日益广泛；有机电化学分析；药物分析；电化学分析在药物分析中也有较多应用。活体分析。,01:29:50,4. 电化学分析的学习参考资料General Books:1* A.J.Bard and L.R.Faulkner, Electrochemic
4、al methods, fundamentals and applications, Wiley, New York, 1980(2nd Edition, 2001)电化学方法原理和应用，邵元华等译，2005年5月，化学工业出版社 2. *电化学测定方法， 腾岛 昭 等著， 陈震等译， 1995 3 Southampton Electrochemistry Group, New Instrumental Methods in Electrochemistry, Ellis Horwood, Chichester, 1985 4 A.M.Bond, Modern polarographic me
5、thods in Analytical Chemistry, Dekker, New York, 1980 5 J.Koryta, Principles of Electrochemistry, Wiley, 1987 6 P. Delahay, New Instrumental methods in Electrochemistry, 1954,01:29:50,7 R.N.Adams, Electrochemistry at solid electrodes, 1969 8 *J.OM.Bockris and A.N.Reddy, Modern Electrochemistry, Plen
6、um, New York, 1970 9 *Analytical Electrochemistry, Joe Wang, 2000 生命科学中的电分析化学， 彭图治，杨丽菊 编著, 1999 12 *电极过程动力学导论， 查全性， 1976(1987 2nd Edition) 13 电化学研究方法， 田昭武， 1984 14 电分析化学， 蒲国刚，袁倬斌，吴守国编著， 1993,01:29:50,Series（丛书）1. Electroanalytical Chemistry, ed. A.J.Bard 2. Modern Aspects of Electrochemistry, eds. J
7、.OM.Bockris, B.E.Conway, et al., Journals（学术期刊） Nature, Science, JACS, Angew.Chem.Int. Ed， Anal.Chem.,(May 1, 2000) , J.Phys.Chem.B., J.Electroanal.Chem., Electrochimica Acta, J.Electrochem.Society., Electroanalysis, Electrochemical and Solid State Letters, J.Applied Electrochemistry, Electrochemist
8、ry Communications, J.Solid State Electrochemistry,01:29:50,二、电化学分析法的类别 classification of electrochemical analytical methods,电化学分析的分类方法按IUPAC的推荐，可分为三类: (1)不涉及双电层，也不涉及电极反应。电导分析。 (2)涉及双电层，但不涉及电极反应。 (3)涉及电极反应。电解、库仑、极谱、伏安分析等。,习惯分类方法（按测量的电化学参数分类）: (1)电导分析法：测量电导值； (2)电位分析法：测量电动势； (3)电解(电重量)分析法：测量电解过程电极上析出物
9、重量 (4)库仑分析法：测量电解过程中的电量； (5)伏安分析：测量电流与电位变化曲线； (6)极谱分析：使用滴汞电极时的伏安分析。,01:29:50,1. 电位分析法,电位分析法按应用方式可为两类 ： 直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质的活度有关，通过测量溶液的电动势，根据能斯特方程计算被测物质的含量；,电位滴定: 分析法用电位测量装置指示滴定分析过程中被测组分的浓度变化，通过记录或绘制滴定曲线来确定滴定终点的分析方法。,研制各种高灵敏度、高选择性的电极是电位分析法最活跃的研究领域之一。,01:29:50,2.电解与库仑分析法,电解分析： 在恒电流或控制电位条件下，使被测物质在电极上析
10、出，实现定量分离测定目的的方法。电重量分析法： 电解过程中在阴极上析出的物质量通常可以用称重的方法来确定。库仑分析法： 依据法拉第电解定律，由电解过程中电极上通过的电量确定电极上析出的物质量的分析方法电流滴定或库仑滴定： 恒电流下电解产生的滴定剂与被测物作用。,01:29:50,3.极谱法与伏安分析,伏安分析：通过测定特殊条件下的电流电压曲线来分析电解质的组成和含量的一类分析方法的总称。,极谱分析：使用滴汞电极的一种特殊的伏安分析法。,交流示波滴定装置,01:29:50,4.电导分析,普通电导分析原理：依据溶液电导与电解质关系；应用：高纯水质分析，酸雨监测；,高频电导分析特点：溶液与电极不直接
11、接触；,01:29:50,三、电化学分析的应用领域 application fields of electrochemical analysis,1.化学平衡常数测定 2.化学反应机理研究 3.化学工业生产流程中的监测与自动控制 4.环境监测与环境信息实时发布 5.生物、药物分析 6.活体分析和监测（超微电极直接刺入生物体内）,01:29:50,四 发展历史与展望 发展历史可概适为四阶段,1. 初期阶段，方法原理的建立1801年W.Cruikshank，发现金属的电解作铜和银的定性分析方法。1834年M.Faraday 发表“关于电的实验研究”论文，提出Faraday定律Q=nFM。1889年
12、WNernst提出能斯特方程。1922年，JHeyrovsky，创立极谱学。1925年，志方益三制作了第一台极谱仪。1934年DIlkovic提出扩散电流方程。（Id = k C）,01:29:50,2. 电分析方法体系的发展与完善 电分析成为独立方法分支的标志是什么呢？ 就是上 述三大定量关系的建立。50 年代，极谱法灵敏度，和电位法pH测定传导过程没有很好解决。,3. 近代电分析方法 固体电子线路出现，从仪器上开始突破，克服充电电流的问题，方波极谱，1952 GCBarker提出方波极谱。1966年SFrant和 JRoss提出单晶（LaF3）作为F 选择电极，“膜电位”理论建立完善。其它
13、分析方法，催化波和溶出法等的发展，主要从提高灵敏度方面作出贡献。,01:29:50,4. 现代电分析方法,时间和空间上体现“快”，“小” 与“大” 。（1）化学修饰电极（chemically modified electrodes）这种技术是20世纪80年代发展起来的。（2）生物电化学传感器（Biosensor）（3）光谱电化学方法 （ Electrospectrochemistry）（4）超微电极（Ultramicroelectrodes）、芯片电极（chipelectrode) （5）另一个重要内容是微型计算机的应用，使电分析方法产生飞跃。,01:29:50,法拉第 Michael Far
14、aday 1791-1867,迈克尔法拉第是给19世纪的科学打上深刻印记的大科学家.1791年9月22日出生在英国的萨利。,五、电分析化学奠基人,电解定律的发现，把电和化学统一起来了， 这使法拉第成了世界知名的化学家。,01:29:50,能斯特 Walther Hermann Nernst,1864-1941年,01:29:50,德国物理化学家能斯特的研究主要在热力学方面。1889年，他从热力学导出于电极电势与溶液浓度的关系式，即电化学中著名的能斯特方程，同年，还引入溶度积这个重要概念，1906年，根据对低温现象的研究，得出了热力学第三定律，人们称之为“能斯特热定理”，这个定理有效地解决了计算
15、平衡常数问题和许多工业生产难题。因此获得了1920年诺贝尔化学奖金。,01:29:50,能斯特和家人 在一起,科学家们在讨论问题,01:29:50,海洛夫斯基 Jaroslav Heyrovsy (1890-1967) and his polarograph ,which he first described in 1921.,01:29:50,俄国化学家、化学教育家海洛夫斯基1890年12月20日生于布拉格. 1950年，担任了捷克斯洛伐克极谱研究所所长。1952年选为捷克斯洛伐克科学院院士。1959年获诺贝尔化学奖。1965年被选为英国皇家学会会员，他还是许多国家的科学院院士，两次获捷克斯洛伐克国家勋章。,01:29:50,海洛夫斯基最杰出的贡献是在极谱分析方面。1925年与日本化学家志方益三共同发明了极谱仪，使极谱分析方法广泛用于分析各种化学物质。1935年推导出极谱波的方程式，阐明了极谱分析的理论基础，1941年发明了示波极谱仪，阐明了极谱定性分析的理论基础。主要著作有：极谱方法在实用化学中的用途、极谱分析操作法、极谱学基础、示波极谱法,01:29:50,海洛夫斯基和志方益三,海洛夫斯基讲学,发明的第一台极谱仪,01:29:50,
